关于化学新课程教学的一些思考.ppt

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1、 有机合成路线的设计思路有机合成路线的设计思路 了解有机合成过程了解有机合成过程基础原料与辅助原料基础原料与辅助原料 中间体与副产物。中间体与副产物。 目标化合物目标化合物 辅助原料辅助原料引入或转化官能团引入或转化官能团引入或转化官能团引入或转化官能团（引入（引入C=CC=C、卤原子、卤原子、-OH-OH基的基的3-43-4种方法。）种方法。） 了了解解有有机机合合成成思思路路-逆逆合合成成分分析析法法、组组合合化化学学与与绿色合成工艺绿色合成工艺 通过实例理解有机合成的研究方法通过实例理解有机合成的研究方法逆合成分析理论逆合成分析理论 从从产产物物逆逆推推出出合合成成原原料料，设设计计出出

2、合合成成路路线线：观观察察分分析析目目标标分分子子结结构构（碳碳骨骨架架、官官能能团团种种类类位位置置）-分分析析碳碳骨骨架架的的构构建建、官官能能团团的的引引入入或或转转化化-在在绿绿色色合合成成思思想想指指导导下下逆逆推推原料分子、设计合成路线。原料分子、设计合成路线。 了了解解如如何何利利用用各各类类有有机机化化合合物物间间的的转转化化关关系系和和有有机机反反应应实实现现有有机机合合成成 1 1，2 2二二氯氯乙烷乙烷草酸二乙酯草酸二乙酯 乙醇乙醇草酸草酸 乙二醇乙二醇乙烯乙烯乙烯乙烯化学化学2 2乙酸乙酯合成方法研究乙酸乙酯合成方法研究乙酸乙酯乙酸乙酯 乙醇、乙酸乙醇、乙酸 乙醛乙醛

3、乙醇乙醇 乙烯（或氯乙烷乙烯（或氯乙烷 乙烯）乙烯） P 12P 12示例示例苯甲酸苯甲酯的合成路线苯甲酸苯甲酯的合成路线设计工业合成路线设计工业合成路线可能的四种合成途径可能的四种合成途径 选择合理途径选择合理途径还原剂昂贵、无还原剂昂贵、无水工艺水工艺苯甲醇、苯甲醛苯甲醇、苯甲醛比苯甲酸贵、耗比苯甲酸贵、耗氯多氯多 实验室确定的路线使用实验室确定的路线使用KMnOKMnO4 4、浓硫酸，价、浓硫酸，价高有污染物排放，工业上用苯甲酸钠与氯甲基高有污染物排放，工业上用苯甲酸钠与氯甲基苯在催化剂作用下一步合成：苯在催化剂作用下一步合成：物质结构与性质物质结构与性质： 从三个不同层次了解物质结构与

4、性质的关系：原子结构从三个不同层次了解物质结构与性质的关系：原子结构与元素性质；分子结构与物质性质；晶体结构（化学键与几与元素性质；分子结构与物质性质；晶体结构（化学键与几何因素何因素微粒大小与堆积方式）与物质性质的关系。微粒大小与堆积方式）与物质性质的关系。 形成原子轨道的概念，认识原子核外电子的运动状态，形成原子轨道的概念，认识原子核外电子的运动状态，理解原子结构和周期律、理解共价键的形成；理解原子结构和周期律、理解共价键的形成； 学习价键理论，认识化化学键的饱和性、方向性，理解学习价键理论，认识化化学键的饱和性、方向性，理解化合物的组成与构型；化合物的组成与构型； 学习分子轨道理论的杂化

5、轨道概念（学习分子轨道理论的杂化轨道概念（键、键、键），理键），理解分子空间构型与性质特点。解分子空间构型与性质特点。 认识人类对物质结构的认识总在不断探讨和发展，随着认识人类对物质结构的认识总在不断探讨和发展，随着认识工具的进步人们对物质结构的认识会更清楚。谁都可以认识工具的进步人们对物质结构的认识会更清楚。谁都可以对发展的某一阶段进行认识，谁都可以发现真理，只有那些对发展的某一阶段进行认识，谁都可以发现真理，只有那些肯于攀登、不断追求、不断探索的人才能达到光辉的顶点。肯于攀登、不断追求、不断探索的人才能达到光辉的顶点。 在必修化学模块学习基础上联系实例从不同层在必修化学模块学习基础上联系实

6、例从不同层次比较系统地认识次比较系统地认识“物质组成与结构决定物质的性物质组成与结构决定物质的性质与变化质与变化”。选修模块：比较深刻从三个层次认选修模块：比较深刻从三个层次认识物质结构、结构与性质的关系。识物质结构、结构与性质的关系。1 1。为什么说。为什么说“物质的物质的元素组成、元素组成、分子结构晶体结构都是决定物质性分子结构晶体结构都是决定物质性质的重要因素？质的重要因素？2 2。不同元素的原子结构的相似性。不同元素的原子结构的相似性与差异与差异为什么为什么会影响物质的性质？会影响物质的性质？ 3 3。物质中微粒间作用力类型与物。物质中微粒间作用力类型与物质性质质性质有什么有什么关系？

7、关系？4 4。分子结构。分子结构怎样怎样影响物质的性质影响物质的性质？必修模块：提供结必修模块：提供结构与性质关系的构与性质关系的感感性知识与初浅的解性知识与初浅的解释释：如，卤素（碱：如，卤素（碱金属）单质性质的金属）单质性质的相似与差异；碳、相似与差异；碳、氧单质的同素异形氧单质的同素异形现象；乙醇、二甲现象；乙醇、二甲醚等同分异构现象；醚等同分异构现象；干冰、石英等不同干冰、石英等不同类型晶体性质差异类型晶体性质差异 等等。等等。 化化学要制造人类需要的新物质学要制造人类需要的新物质, ,一要知道新物质的一要知道新物质的性性能和结构能和结构，二要选择一条最好的制造路线，三要了解合，二要选

8、择一条最好的制造路线，三要了解合成的产率。因此成的产率。因此, ,要知道它们的结构。研究结构的理论要知道它们的结构。研究结构的理论就是就是结构化学结构化学。新时代的中学生，应该对结构理论有所。新时代的中学生，应该对结构理论有所了解。了解。 现代化学关于物质结构研究的现代化学关于物质结构研究的基本理念基本理念，一是，一是轨道轨道，一是一是量子量子。了解轨道和量子，才能了解原子结构、分子。了解轨道和量子，才能了解原子结构、分子结构、晶体结构以及一些其他的物质结构知识。结构、晶体结构以及一些其他的物质结构知识。 中学化学必须引进轨道和量子概念。不讲轨道和量中学化学必须引进轨道和量子概念。不讲轨道和量

9、子数，就没法讲能级，没法了解原子结构，更没法理解子数，就没法讲能级，没法了解原子结构，更没法理解周期律。周期律。 李宗和（北京师范大学化学学院教授李宗和（北京师范大学化学学院教授 物理化学专家）谈物理化学专家）谈物质结构与性质物质结构与性质的核心观念的核心观念 原原子或者分子中单电子的运动状态称为子或者分子中单电子的运动状态称为原子或分子原子或分子轨道轨道。”轨道轨道”表示粒子或者电子或者原子核一系列的表示粒子或者电子或者原子核一系列的连续的运动状态，表示粒子的真实存在。粒子的运动状连续的运动状态，表示粒子的真实存在。粒子的运动状态可以用一些物理量描述，如能量、角动量等等（如人态可以用一些物理

10、量描述，如能量、角动量等等（如人跑步，用速度物理量来描述）。跑步，用速度物理量来描述）。 宏观物体运动的物理量变化是连续不断的变化。原宏观物体运动的物理量变化是连续不断的变化。原子和分子的子和分子的运动的运动的物理量变化物理量变化与宏观世界不一样，是不与宏观世界不一样，是不连续的、连续的、量子化量子化的。的。 粒子的运动状态粒子的运动状态是从一种能量进入到另外一种能量，是从一种能量进入到另外一种能量，能量变化是不连续的、间断的。就像人下台阶。原子和能量变化是不连续的、间断的。就像人下台阶。原子和分子运动不连续变化的物理量的单位叫做量子。分子运动不连续变化的物理量的单位叫做量子。 标志单电子的运

11、动状态的物理量标志单电子的运动状态的物理量( (能量、角动量能量、角动量) )变化变化是不连续的，用相应的是不连续的，用相应的量子数量子数表示。表示。 原子运动状态，用主量子数原子运动状态，用主量子数 N N 、角量子数、角量子数L L、磁量子、磁量子数数M M、自旋量子数、自旋量子数MsMs表示原子中电子的能量、总角动量、表示原子中电子的能量、总角动量、总角动量在磁场上的分量、自旋的角动量各是多少。除总角动量在磁场上的分量、自旋的角动量各是多少。除MsMs外，其它量子数都是从外，其它量子数都是从量子力学量子力学的方程解出来的，也都被的方程解出来的，也都被实验证实实验证实。原子光谱是线状光谱。

12、原子光谱是线状光谱, ,每一条谱线标志电子跃每一条谱线标志电子跃迁的能量变化是一定的迁的能量变化是一定的, , 实际上就表示了实际上就表示了 L L量子数的变化量子数的变化是量子化的。在外磁场下一条谱线可以分裂成多条。谱线是量子化的。在外磁场下一条谱线可以分裂成多条。谱线的分裂是由于存在的分裂是由于存在M M量子数。用非常精细的高级光谱还可量子数。用非常精细的高级光谱还可以看到更细致的分裂，它是由自旋量子数造成的。所以量以看到更细致的分裂，它是由自旋量子数造成的。所以量子数子数N N、L L、M M、MsMs在原子的一定状态下是客观存在的，不在原子的一定状态下是客观存在的，不是虚有。是虚有。

13、了解科学方法在研究结构与性质方面的作用了解科学方法在研究结构与性质方面的作用假说假说：依据实验事实提：依据实验事实提出原子结构模型出原子结构模型 分析归纳分析归纳：电子对互斥：电子对互斥理论的提出理论的提出模型化模型化：研究金属晶体中原：研究金属晶体中原子的密堆积子的密堆积统计方法统计方法：核外电子运动特：核外电子运动特征的描述征的描述从物质结构研究历程，了解化学科学的发展：从物质结构研究历程，了解化学科学的发展： 18031803年年 道尔顿原子学说道尔顿原子学说 18111811年年 分子概念分子概念 18601860年年 确立确立原子分子论原子分子论 18691869年年 发现发现元素周

14、期律元素周期律 19031903年年 汤姆逊模型汤姆逊模型 1911 1911 卢瑟福模型卢瑟福模型 1913 1913 玻尔分层排布模型玻尔分层排布模型 1919世纪中叶世纪中叶 碳键碳键与有机化合物分子结构研究与有机化合物分子结构研究 1919世纪末世纪末20 20 世纪初世纪初 微观粒子的微观粒子的波粒二象性波粒二象性 量子力量子力学学模型（原子轨道）模型（原子轨道） 物质结构研究的几个重要历程物质结构研究的几个重要历程内容内容 结构知识结构知识结构测定手段结构测定手段与分析方法与分析方法 结构与性质结构与性质原子结原子结构与元构与元素性质素性质原子结构模型的演变，原子结构模型的演变，核

15、外电子运动状态的核外电子运动状态的描述描述-原子轨道，核原子轨道，核外电子排布原理与规外电子排布原理与规律，元素外围电子排律，元素外围电子排布，第布，第1电离能、电负电离能、电负性性电子衍射，原电子衍射，原子吸收和发射子吸收和发射光谱光谱第第1电离能、电离能、电负性与元素电负性与元素性质（金属性、性质（金属性、化合价、成键化合价、成键类型）的周期类型）的周期性性微粒间微粒间作用力作用力与物质与物质性质性质金属键及其强度金属键及其强度原原子化热，离子键及其子化热，离子键及其特征，共价键的形成特征，共价键的形成与类型，键能、键长，与类型，键能、键长，配位键的形成配位键的形成分子的顺磁性、分子的顺磁

16、性、极性测定实验、极性测定实验、反应热测定与反应热测定与分析分析键能与反应热，键能与反应热，共价化合物，共价化合物热稳定性，分热稳定性，分子空间构型子空间构型 从三个层次认识物质结构与物质性质的关系从三个层次认识物质结构与物质性质的关系内容内容 结构知识结构知识结构测定手段与结构测定手段与分析方法分析方法 结构与性质结构与性质分子结分子结构与物构与物质性质质性质分子空间结构，杂化分子空间结构，杂化轨道理论，价电子对轨道理论，价电子对互斥原理，等电子原互斥原理，等电子原理，分子的极性，手理，分子的极性，手性分子，范德华力，性分子，范德华力，氢键的形成，配合物氢键的形成，配合物组成与结构，（分子组

17、成与结构，（分子轨道）轨道）质谱测定，红外质谱测定，红外光谱测定；光谱测定；共价分子立体结共价分子立体结构、极性、手性构、极性、手性的分析判断的分析判断配合物组成测定，配合物组成测定，空间构型推测空间构型推测分子极性、分子极性、手性对性质手性对性质的影响，配的影响，配合物结构与合物结构与性质（稳定性质（稳定性等），分性等），分子间力与物子间力与物质性质关系质性质关系晶体结晶体结构与物构与物质性质质性质晶体与晶胞，金属晶晶体与晶胞，金属晶体中原子的密堆积类体中原子的密堆积类型，离子晶体的类型、型，离子晶体的类型、配位数配位数X X射线衍射，从射线衍射，从晶胞确定晶体组晶胞确定晶体组成，晶体类型分

18、成，晶体类型分析判断析判断晶体类型、晶体类型、微粒间作用微粒间作用力大小与晶力大小与晶体性质的关体性质的关系系原子轨道原子轨道 玻尔认为，原子核外电子在原子玻尔认为，原子核外电子在原子核外一系列稳定轨道上运动。核外一系列稳定轨道上运动。 量子力学用量子力学用原子轨道原子轨道描述原子中描述原子中单个电子的空间运动状态。每个原子单个电子的空间运动状态。每个原子轨道由轨道由3 3个量子数（个量子数（n n、l l、m m）来描述。来描述。 原子轨道示意图表示电子在核外原子轨道示意图表示电子在核外运动的主要区域。运动的主要区域。1s（1个轨道） 3p（3px 3py 3pz 3个轨道 4d （5个轨道

19、）n=1n=1，l=0 l=0 ，m=0m=0n=3n=3，l=1l=1， m=0 m=0、+1+1、-1-1n=4n=4、l=2 m=0l=2 m=0、+1+1、-1-1、+2+2、-2-2原子轨道的描述（举例）原子轨道的描述（举例）原子轨道示意图原子轨道示意图理解微粒间作用力类型、堆积方式与物质性质的关系理解微粒间作用力类型、堆积方式与物质性质的关系金属金属金属键、金属键金属键、金属键的强弱与的强弱与金属原金属原子化热子化热 金属晶体、金属金属晶体、金属原子在晶体中的原子在晶体中的堆积方式堆积方式晶体物理性质特点、金属晶体物理性质特点、金属键强弱与物理性质的关系键强弱与物理性质的关系离子化

20、离子化合物合物离子键的形成、离子键的形成、特点特点离子晶体的组成、离子晶体的组成、晶格能与离子键晶格能与离子键的强度、晶胞的强度、晶胞离子晶体性质特点、晶格离子晶体性质特点、晶格能与离子化合物物理性质能与离子化合物物理性质共价化共价化合物、合物、共价分共价分子子共价键的本质、共价键的本质、特点、类型（特点、类型（ 、 键、极性键、键、极性键、非极性键）、键非极性键）、键能、键长能、键长 原子晶体、原子晶体、分子的空间构型分子的空间构型及其判断、手性及其判断、手性分子分子原子晶体性质特点、共价原子晶体性质特点、共价化合物的热稳定性、键能化合物的热稳定性、键能与反应热的关系与反应热的关系分子间作用

21、力分子间作用力-范德华力、氢键范德华力、氢键分子晶体、分子分子晶体、分子的极性、的极性、分子晶体性质特点、范德分子晶体性质特点、范德华力与氢键对物质性质的华力与氢键对物质性质的影响影响 配合物配合物配位键的形成配位键的形成配合物的组成、配合物的组成、结构、空间构型结构、空间构型配合物的稳定性、配合物配合物的稳定性、配合物的应用的应用 人们人们是从八偶体开始认识化学键的。它对解释化合价和周是从八偶体开始认识化学键的。它对解释化合价和周期律起着非常重要的作用。后来发现很多问题它解释不了。期律起着非常重要的作用。后来发现很多问题它解释不了。 19131913年波尔用一个动态的模型表示，两个氢原子之所

22、以年波尔用一个动态的模型表示，两个氢原子之所以形成分子是由于运动电子有离心力，两原子核对电子有一个形成分子是由于运动电子有离心力，两原子核对电子有一个向心力，离心力和向心力相等时就构成了氢分子。燃而，这向心力，离心力和向心力相等时就构成了氢分子。燃而，这种理论不能推测化学键的键能、不能清楚解释原子光谱、分种理论不能推测化学键的键能、不能清楚解释原子光谱、分子光谱。子光谱。 19271927年薛定谔提出了年薛定谔提出了薛定谔方程薛定谔方程，奠定了量子力学的基奠定了量子力学的基础。海特勒和伦敦用础。海特勒和伦敦用量子力学量子力学的观点处理氢分子结构，解释的观点处理氢分子结构，解释了化学键的本质是电

23、性作用力。此后，并形成两种理论。一了化学键的本质是电性作用力。此后，并形成两种理论。一个是由斯雷特和鲍林发展的个是由斯雷特和鲍林发展的价键理论价键理论，像电子配对理论、杂，像电子配对理论、杂化轨道理论、共振杂化体理论等。另一个是莫尼肯研究双原化轨道理论、共振杂化体理论等。另一个是莫尼肯研究双原子分子光谱提出的子分子光谱提出的分子轨道分子轨道理论。理论。 价价键理论认为原子、分子中原子轨道是不变的，未成对键理论认为原子、分子中原子轨道是不变的，未成对的电子在原子轨道上运动，的电子在原子轨道上运动，原子轨道相互重叠原子轨道相互重叠，自旋相反的，自旋相反的电子配对，密集于原子核间的电子云同时受两核的

24、电性作用电子配对，密集于原子核间的电子云同时受两核的电性作用力，形成了化学键。它解释了分子的饱和性和方向性。从原力，形成了化学键。它解释了分子的饱和性和方向性。从原子轨道的概念出发，鲍林提出了子轨道的概念出发，鲍林提出了杂化轨道概念杂化轨道概念。如同一原子。如同一原子中能级相近的几个原子轨道可相互搀和形成新的原子轨道。中能级相近的几个原子轨道可相互搀和形成新的原子轨道。价键理论价键理论对化学特别是对络合物的发展起了重要作用。但它对化学特别是对络合物的发展起了重要作用。但它能解释却不能预测分子构型；能说明原子间可能有相互作用能解释却不能预测分子构型；能说明原子间可能有相互作用力，但不能判断力多大

25、；也不能预测键长、键角，不能说明力，但不能判断力多大；也不能预测键长、键角，不能说明分子光谱、光电子能谱。分子光谱、光电子能谱。 分子轨道理论认为，分子中电子是在由不同原子的原子分子轨道理论认为，分子中电子是在由不同原子的原子轨道线性组合得到的遍及整个分子的分子轨道上运动。分子轨道线性组合得到的遍及整个分子的分子轨道上运动。分子轨道有轨道有、键，各键都有一定的角动量。实验证键，各键都有一定的角动量。实验证实了这一理论。实了这一理论。分子轨道分子轨道理论可以解释分子光谱。理论可以解释分子光谱。 物质物质结构与性质结构与性质模块。只讲价键理论、部分杂化轨模块。只讲价键理论、部分杂化轨道概念，没有讲

26、分子轨道理论。教材中给的道概念，没有讲分子轨道理论。教材中给的键、键、键和键和键键的概念是按分子轨道理论的科学概念表述的。的概念是按分子轨道理论的科学概念表述的。 价键理论有很多缺陷，但解释了很多化合物的构型，解价键理论有很多缺陷，但解释了很多化合物的构型，解释了化合物的饱和性、方向性，推动了化学的发展。这个理释了化合物的饱和性、方向性，推动了化学的发展。这个理论，比较直观，易懂，好讲。论，比较直观，易懂，好讲。 讨论化学键，要帮助学生建立这样的观念：人们对事物讨论化学键，要帮助学生建立这样的观念：人们对事物的认识总是在不断前进的。分子轨道理论比较先进，但也不的认识总是在不断前进的。分子轨道理

27、论比较先进，但也不是终极的理论。随着人类认识的发展、认识世界工具的改变，是终极的理论。随着人类认识的发展、认识世界工具的改变，人们对事物本质的认识会更清楚。事物是在发展的，是在不人们对事物本质的认识会更清楚。事物是在发展的，是在不断探讨中，谁都可以发现真理，只有那些肯于攀登、不断追断探讨中，谁都可以发现真理，只有那些肯于攀登、不断追求、不断探索的人才能达到光辉的顶点。求、不断探索的人才能达到光辉的顶点。认识共价键的类型认识共价键的类型 键与键与 键键杂化杂化键键极性键与非极性键极性键与非极性键（含义、判断与推测（含义、判断与推测方法）方法） 金金属固体中金属原子相互连结，一般靠金属键。金属原子

28、属固体中金属原子相互连结，一般靠金属键。金属原子形成的紧密堆积越紧密结合力就越大，能量降低越多，结构越形成的紧密堆积越紧密结合力就越大，能量降低越多，结构越稳固。稳固。 固态离子化合物是靠电性作用力连结的。带负电的离子大，固态离子化合物是靠电性作用力连结的。带负电的离子大，带正电的离子小，为了尽量紧密结合，带正电的离子会排在较带正电的离子小，为了尽量紧密结合，带正电的离子会排在较大的阴离子的空隙中，使能量降低，作用力增大。堆积方式和大的阴离子的空隙中，使能量降低，作用力增大。堆积方式和离子大小的比值有关。离子大小的比值有关。 不同的堆积方式，影响固体本身的性质。不同的堆积方式，影响固体本身的性

29、质。 晶体是一种特殊类型的固体，组成晶体的微粒是按规则进晶体是一种特殊类型的固体，组成晶体的微粒是按规则进行排列的。整个晶体具有有序的结构。研究晶体形成的时候，行排列的。整个晶体具有有序的结构。研究晶体形成的时候，要分析它的堆积方式。研究晶体只要研究有规则的那一部分。要分析它的堆积方式。研究晶体只要研究有规则的那一部分。取出一个最简单的一小块，能反映整个晶体的特点。这最小的取出一个最简单的一小块，能反映整个晶体的特点。这最小的单元就是晶胞。晶体是由晶胞堆积成的。研究晶体，往往重点单元就是晶胞。晶体是由晶胞堆积成的。研究晶体，往往重点讨论晶胞。讨论晶胞。晶体结构常识晶体结构常识 晶体晶体：物质中

30、结构微粒：物质中结构微粒( (原子、分子、离子等原子、分子、离子等) )在空间有规在空间有规则的周期性重复排列形成的具有一定几何多面体外形的固体。则的周期性重复排列形成的具有一定几何多面体外形的固体。 晶体的结构晶体的结构 = = 结构基元结构基元 + + 空间点阵结构（空间点阵结构（ 晶晶格格-显示微粒的排列规律）显示微粒的排列规律） 晶体可以看成是由许多晶体可以看成是由许多晶胞无缝并置晶胞无缝并置而成的。在晶体而成的。在晶体中可以选择一个能代表晶体结构特点的、点阵小的、形状中可以选择一个能代表晶体结构特点的、点阵小的、形状规则的平行六面体做为晶胞。规则的平行六面体做为晶胞。 宏观宏观特征特

31、征： 自范性自范性-晶体能够自发地呈现封闭的规则的外形。晶体能够自发地呈现封闭的规则的外形。对称性对称性-晶体理想外形中常常呈现形状和大小相同的等同晶面。晶体理想外形中常常呈现形状和大小相同的等同晶面。 均匀性均匀性：质地均匀，具有确定的熔点。：质地均匀，具有确定的熔点。各向异性：晶体的一些物理性质因晶体取向不同而异。各向异性：晶体的一些物理性质因晶体取向不同而异。有固定的熔点有固定的熔点 微观特征微观特征： 平移对称性平移对称性 按按晶胞类型晶胞类型分，有七个晶系，分，有七个晶系，1414种点阵结构。种点阵结构。例如立方晶系有三种点阵结构：简单立方、体心立方、面心例如立方晶系有三种点阵结构：

32、简单立方、体心立方、面心立方。立方。晶体的分类晶体的分类按按晶体结构基元的微粒类型晶体结构基元的微粒类型分，有原子、分子、离子、分，有原子、分子、离子、金属晶体。金属晶体。金属晶体金属晶体金属键金属键离子晶体离子晶体离子键离子键分子晶体分子晶体范德华力范德华力原子晶体原子晶体共价键共价键混合型晶体混合型晶体共价键和范德华力共价键和范德华力结合力无方向性结合力无方向性结合力无方向性结合力无方向性和饱和性和饱和性和饱和性和饱和性结合力结合力结合力结合力有方向性和饱和性有方向性和饱和性有方向性和饱和性有方向性和饱和性 晶胞是晶体的代表，是晶胞是晶体的代表，是晶体中的最小单位晶体中的最小单位。完全等同

33、。完全等同的晶胞无隙并置起来，则得到晶体。的晶胞无隙并置起来，则得到晶体。 晶胞的代表性体现在以下两个方面晶胞的代表性体现在以下两个方面：一是代表晶体的一是代表晶体的化学化学组成组成；二是代表晶体的；二是代表晶体的对称性对称性，即与晶体具有相同，即与晶体具有相同的对称元素的对称元素 : :对称轴，对称面和对称中心对称轴，对称面和对称中心 。晶胞是具有晶胞是具有上述代表性的体积最小、直角最多的平行六面体。上述代表性的体积最小、直角最多的平行六面体。 晶胞晶胞NaCl晶胞晶胞甲甲1 1：1 1 组成有代表性。组成有代表性。乙乙1 1：1 1 组成有代表性。组成有代表性。晶胞的选择晶胞的选择NaCl

34、 晶胞应能显示晶体的组成与对称晶胞应能显示晶体的组成与对称性性, ,且是晶体中体积最小、直角最多的且是晶体中体积最小、直角最多的平行六面体。平行六面体。乙乙 有有 4 4 重轴；重轴；有与边垂直的对称面有与边垂直的对称面 黄色的面；黄色的面；有对称中心有对称中心 对称性与晶体相同。对称性与晶体相同。甲甲乙乙甲甲 没有没有 4 4 重轴；重轴；没有与边垂直的对称面；没有与边垂直的对称面；没有对称中心没有对称中心 对称性不能代表晶体。对称性不能代表晶体。 配位数配位数 最近层的异号离子有最近层的异号离子有 6 6 个，则配位数为个，则配位数为 6 6 。 晶胞类型晶胞类型 观察观察同一种点，如同一

35、种点，如 NaClNaCl晶晶体体, ,应观察空心圆点应观察空心圆点 ClCl，正六面体的正六面体的 8 8 个个顶点和各面的中心，均顶点和各面的中心，均有一个。所以为面心立有一个。所以为面心立方晶胞。方晶胞。晶胞类型和配晶胞类型和配位数的判断位数的判断ZnSZnS 晶胞晶胞 面心立方晶胞面心立方晶胞 配位数为配位数为 4 4 组成组成1:1 1:1 属于立方晶系属于立方晶系 AB AB 型型离子晶体离子晶体 CsCl 的晶胞的晶胞简单立方晶胞简单立方晶胞: : 空心圆点空心圆点ClCl- -，只存在，只存在于立方体顶点的于立方体顶点的 8 8 个位置上。个位置上。 组成和对称性均有代表性组成

36、和对称性均有代表性 配位数为配位数为 8 8 组成组成 1:11:1 空间利用率空间利用率空间利用率空间利用率( ( ( (堆积系数堆积系数堆积系数堆积系数) ) ) )：单位体积空间中圆球所占单位体积空间中圆球所占体积百分数体积百分数. 配位数配位数配位数配位数: : : :一个球周围最邻近的圆球的数目一个球周围最邻近的圆球的数目. 金属晶体用等径圆球的堆积模型说明，离子晶体看成金属晶体用等径圆球的堆积模型说明，离子晶体看成是阳离子填充在阴离子密堆积的间隙中形成的。原子晶体是阳离子填充在阴离子密堆积的间隙中形成的。原子晶体由于共价键的方向性、饱和性难以形成密堆积。由于共价键的方向性、饱和性难

37、以形成密堆积。 晶体结构的密堆积原理晶体结构的密堆积原理-研究晶体结构的一种研究晶体结构的一种方法方法 密堆积密堆积原理原理：原子、离子、分子的原子、离子、分子的排布总是趋向于配位排布总是趋向于配位数高，空间利用率大的紧密堆积结构方式，最紧密的堆积往数高，空间利用率大的紧密堆积结构方式，最紧密的堆积往往是最稳定的结构。往是最稳定的结构。 理解金属晶体中原理解金属晶体中原子的堆积方式子的堆积方式六方密堆积六方密堆积面心立方密堆积面心立方密堆积体心立方堆积体心立方堆积立方堆积立方堆积钾钾型型铜铜型型钋钋型型镁镁型型密置列密置列非密置层非密置层密置层密置层非密置层非密置层：等径圆球沿二维等径圆球沿二

38、维方向伸展的一种排列方式方向伸展的一种排列方式 密置层密置层：等径圆球沿二维方等径圆球沿二维方向伸展的唯一一种排列方式向伸展的唯一一种排列方式 等径原球在空间的堆积等径原球在空间的堆积球排成球排成密置列密置列把列排成二维的层可以形成一种非密置单层、一种密置单层把列排成二维的层可以形成一种非密置单层、一种密置单层 密置层间叠加，再叠加，球沿三维方向伸展排列，密置层间叠加，再叠加，球沿三维方向伸展排列，即形成竟空间点阵即形成竟空间点阵 两个单层叠两个单层叠加，形成密加，形成密致双层，有致双层，有几种方式？几种方式？密置双层：密置双层：密置双层：密置双层：将第二层球将第二层球坐落在第一坐落在第一层球

39、一半的层球一半的空隙上，空隙上，就得到密置就得到密置双层的唯一双层的唯一一种排列方一种排列方式式。在两层间形在两层间形成两种空隙。成两种空隙。四个球围成的四个球围成的四面体四面体空隙空隙 六个球围成的六个球围成的八面体空隙八面体空隙4 4个个 四面体空隙四面体空隙3 3个个 八面体空隙八面体空隙 密置第密置第密置第密置第3 3 3 3层：层：层：层：将第三层球坐将第三层球坐落在第二层球上落在第二层球上, ,可以有两可以有两种排列种排列: :每个球置于六面空每个球置于六面空隙或四面体空隙上。隙或四面体空隙上。密置双层密置双层密置双层密置双层 在密置在密置双层上双层上排列第排列第3层层 第三层叠加

40、到第二层第三层叠加到第二层B B上时，可以填在正八面体空隙上，上时，可以填在正八面体空隙上，也可以填在正四面体空隙上。也可以填在正四面体空隙上。A A A AB B B BA A A A重复重复ABAB的堆积叫的堆积叫A A3 3堆积，重复单位堆积，重复单位ABAB。第三层球放在第二层球的第三层球放在第二层球的正四面体空隙正四面体空隙上形成上形成ABAB堆积堆积( (A A3 3密堆积密堆积) )又叫六方最密堆积又叫六方最密堆积 (hexagonal closest (hexagonal closest packing)packing)简写为简写为hcphcp 。 A A A A3 3 3 3

41、堆积：堆积：堆积：堆积：晶胞内含有个球晶胞内含有个球A A A AB B B BA A A A1201200 0x xy yz z第三层球放在第二层球的第三层球放在第二层球的正八面体空隙正八面体空隙空隙上形成空隙上形成ABCABC堆积堆积(A(A1 1堆积堆积) )重复重复ABCABC的堆积叫的堆积叫A A1 1堆积，重复单位堆积，重复单位ABCABC。A A A AB B B BC C C CA A A AA A A A1 1 1 1堆积：堆积：堆积：堆积：抽出立方面心晶胞，又叫面心立方最密堆积抽出立方面心晶胞，又叫面心立方最密堆积(cubic closest packing)(cubic

42、closest packing)简写为简写为ccpccp 。晶胞内含有晶胞内含有晶胞内含有晶胞内含有4 4 4 4个球。个球。个球。个球。A A A AA A A AB B B BC C C C密置层为密置层为密置层为密置层为(111) (111) (111) (111) x xy yz z体心立方密堆积体心立方密堆积A A2 2和金刚石型堆积和金刚石型堆积A A4 4立方体心晶胞立方体心晶胞立方体心晶胞立方体心晶胞，又叫体心立方密堆积（，又叫体心立方密堆积（body cubic body cubic packingpacking）简写为：）简写为：bcpbcpA A2 2堆积：堆积：点阵型式

43、：立方体心点阵型式：立方体心点阵型式：立方体心点阵型式：立方体心晶胞中含有晶胞中含有8 8个球，个球，金刚石型堆积金刚石型堆积金刚石型堆积金刚石型堆积( ( ( (Si,Ge,Si,Ge,Si,Ge,Si,Ge, SnSnSnSn与此相同与此相同与此相同与此相同) ) ) )点阵型式点阵型式点阵型式点阵型式: : : : 面心立方面心立方面心立方面心立方可以看成一半原子形成面心可以看成一半原子形成面心立方晶格一半填充于空隙中立方晶格一半填充于空隙中微粒间作用力的度量微粒间作用力的度量(kJ/mol) (kJ/mol) 金属键金属键- -金属原子化热金属原子化热H M(s)= M(g) H M(

44、s)= M(g) 离子键离子键- -晶格能晶格能U ML(s) = MU ML(s) = M+ +(g)+ L(g)+ L- -(g) (g) 共价键共价键- -键能键能E AB(s) = A(g) + B(g) E AB(s) = A(g) + B(g) ML(s) M+(g) + L-(g) M(g) + L(g)ML(g) M(s) + 1/2L2(g)123467851-1-晶格能晶格能 大小大小决定于决定于与离子电荷与距离与离子电荷与距离 表示表示晶体的稳定性晶体的稳定性 影影响响晶体熔点、硬度等晶体熔点、硬度等5-5-金属原子化热金属原子化热 大小大小决定于原子半径、自由决定于原子

45、半径、自由电子密度电子密度 表示表示金属键金属键的强弱的强弱 影响影响晶体熔沸晶体熔沸点硬度点硬度 6-6-共价键的键能共价键的键能（101kPa101kPa、298k298k） 大大小小决定于原子轨道重叠决定于原子轨道重叠程度程度 决定决定共价化合物共价化合物热稳定性、反应的能量热稳定性、反应的能量变化变化 影响影响原子晶体熔原子晶体熔沸点硬度沸点硬度 。 分子空间结构的推测分子空间结构的推测1 1。运用杂化轨道概念。运用杂化轨道概念-如甲烷、乙烯、二氧化碳分子的空如甲烷、乙烯、二氧化碳分子的空间构型间构型 CO2 C原子以原子以SP杂化轨道与两个杂化轨道与两个O原子的原子的一个一个 P电子

46、形成电子形成键，键，C原子的两个原子的两个P电子分电子分别和两个别和两个 O原子的另一个原子的另一个P电子和孤对电子形成两个三电子电子和孤对电子形成两个三电子键。键。2 2。价层电子子对互斥理论（。价层电子子对互斥理论（VSEPRVSEPR）-分子中共用电子对分子中共用电子对或未共用的电子对（孤对电子）占入的轨道，彼此互相排斥，或未共用的电子对（孤对电子）占入的轨道，彼此互相排斥，在空间趋向尽可能彼此远离。价电子对数目在空间趋向尽可能彼此远离。价电子对数目n=2n=2、3 3、4 4，电，电子对几何分布呈直线、三角形、正四面体。以此，可以确定子对几何分布呈直线、三角形、正四面体。以此，可以确定

47、分子构型。分子构型。 分子中价电子对数目分子中价电子对数目n=n=（中心原子价电子数（中心原子价电子数+ +所有配所有配位原子提供的价电子数）位原子提供的价电子数）/2/2 如，如，C CO2 n= =（4 + 04 + 0）/2=4 /2=4 价电子对按直线分布，价电子对按直线分布，两两C=O C=O 键夹角为键夹角为1801800 0; ; H2O n= =（6 + 26 + 2）/2=4 /2=4 价电子对按四面体分布，两价电子对按四面体分布，两对孤对电子的斥力使两对孤对电子的斥力使两O-HO-H键夹角变为键夹角变为104.5104.50 0; ; NH3 n= =（5 + 35 + 3

48、）/2=4 /2=4 价电子对按四面体分布，价电子对按四面体分布，一对孤对电子的斥力使三个一对孤对电子的斥力使三个N-HN-H键夹角变为键夹角变为106.45106.45/ / 。 3 3。用等电子原理判断：具有相同原子数（或重原子数）的分。用等电子原理判断：具有相同原子数（或重原子数）的分子或离子，如果有相同的电子数（或价电子数），则具有相同子或离子，如果有相同的电子数（或价电子数），则具有相同的结构特点。的结构特点。如如 CO、N2、C22-、C2H2 （10 10 个价电子、个价电子、2 2个原子），直线型；个原子），直线型； CO2、N2O、C3H4 （16 个价电子、个价电子、3个原子），个原子），直线型；直线型； O3、SO2、NO2- （1818个价电子、个价电子、3 3个原子），角形；个原子），角形； NO3-、CO32-、BO33-、SO3（2424个价电子、个价电子、4 4个原子）三角个原子）三角形形 固体等电子体：金刚石、固体等电子体：金刚石、AlPAlP、SiSi、AgIAgI（8 8个价电子、个价电子、2 2个个原子）原子）4 4。从分子的偶极矩判断。从分子的偶极矩判断5 5。从是否形成离域键。从是否形成离域键或多中心键判断或多中心键判断谢谢谢谢 ！